(57)【要約】【課題】バリア層の酸化による配線の酸化、ボイドの発生および配線抵抗の増大を抑制可能な半導体装置を提供する。【解決手段】基板１１上の第１の層間絶縁膜１３に設けられた接続孔１５および、第２の層間絶縁膜１４に設けられた配線溝１６の内壁を覆う状態で第１のバリア層２１が設けられている。また、第１のバリア層２１上に設けられた第２のバリア層２２を介して、接続孔１５および配線溝１６にはＣｕからなるビア１８および配線１９がそれぞれ設けられている。そして、第１のバリア層２１は金属で形成されており、第１のバリア層２１の酸化物は、第２のバリア層２２の酸化物よりも高い導電性を有することを特徴とする半導体装置である。【選択図】図１
2005129745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の絶縁膜に設けられた溝パターンと、前記溝パターンの内壁を覆う状態で設けられた第１のバリア層と、前記第１のバリア層上に設けられた第２のバリア層と、前記溝パターンの内部に前記第１のバリア層と前記第２のバリア層とを介して設けられた導電層とを備えた半導体装置であって、
前記第１のバリア層は金属で形成されており、当該第１のバリア層の酸化物は、前記第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１のバリア層は、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、オスミウムおよびレニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種で形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導電層は銅を含む材料で形成されているとともに、前記第２のバリア層は銅の拡散防止性を有する材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２のバリア層は、タンタル、窒化タンタル、チタンおよび窒化チタンからなる群から選ばれた少なくとも一種で形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁膜は酸化シリコンよりも低い誘電率を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
基板上の絶縁膜に設けられた溝パターンと、前記溝パターンの内壁を覆う状態で設けられた第１のバリア層と、前記第１のバリア層上に設けられた第２のバリア層と、前記溝パターンの内部に前記第１のバリア層と前記第２のバリア層とを介して設けられた導電層とを備えた半導体装置であって、
前記第１のバリア層は、前記第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有する金属酸化物で形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記第１のバリア層は、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、オスミウムおよびレニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属の酸化物で形成されている
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１のバリア層は、組成式ＭIaＭIIbＯc（ただし、a、b、cは原子％で表した組成、ＭIは白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウムおよびレニウムからなる群より選ばれた少なくとも一種を表し、ＭIIはハフニウム、タンタル、ジリコン、ニオブ、バナジウム、モリブテン、タングステンおよびチタンからなる群より選ばれた少なくとも一種を表す）で表され、その組成範囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+c=100である材料で形成されている
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１のバリア層は、組成式Ｐｄa(Ｒｈ100-x-y-zＰｔxＩｒyＲｕz)bＯc（ただし、a、b、c、x、y、zは原子％で表した組成）で表され、その組成範囲が70≧a≧20、40≧b≧10、60≧c≧15、a+b+c=100、100＞x≧0、100＞y≧0、100＞z≧0、100＞x+y+z≧0である材料で形成されている
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記導電層は銅を含む材料で形成されているとともに、前記第２のバリア層は銅の拡散防止性を有する材料で形成されている
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２のバリア層は、タンタル、窒化タンタル、チタンおよび窒化チタンからなる群から選ばれた少なくとも一種で形成されている
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記絶縁膜は酸化シリコンよりも低い誘電率を有する
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、さらに詳しくは、溝パターンを形成する絶縁膜に酸化シリコンよりも誘電率の低い材料を用いた配線構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置（ＬＳＩ）の高集積化に伴い、ＬＳＩの高速動作に関して配線プロセス技術が益々重要視されてきている。これは半導体素子の微細化により、配線遅延時間の増大が顕著になってきたためである。この配線遅延時間の増大を抑制するためには、配線抵抗の低抵抗化および配線間容量の低減が必要である。
【０００３】
配線抵抗の低減については、従来用いられてきたアルミニウム合金配線と比較して、低抵抗である銅（Ｃｕ）配線が検討されている。また、配線間容量の低減については、層間絶縁膜として従来用いられてきた酸化シリコンと比較して、誘電率の低い絶縁膜（低誘電率膜）が検討されており、Ｃｕ配線と低誘電率膜を用いた多層配線技術の導入が重要であると考えられている。
【０００４】
この多層配線技術としては、一般にＣｕのドライエッチングが容易でないことから、シングルダマシン法、デュアルダマシン法などのいわゆる溝配線法が有望視されている。
【０００５】
ここで、例えばデュアルダマシン法により形成されたＣｕ配線構造を有する半導体装置の例を図２（ａ）に示す。この図に示すように、半導体素子および配線層が形成された基板１１上に、キャップ膜１２、第１の層間絶縁膜１３、第２の層間絶縁膜１４がこの順に配置されている。ここで、第１の層間絶縁膜１３はメチルシルセスキオキサン（Methyl silsesquioxane（ＭＳＱ））からなる低誘電率膜で形成されており、第２の層間絶縁膜１４は、ハイドロゲンシルセスキオキサン（Hydrogen silsesquioxane（ＨＳＱ））からなる低誘電率膜で形成されている。
【０００６】
また、キャップ膜１２および第１の層間絶縁膜１３には、基板１１の配線層に達する接続孔１５が設けられており、その上層の第２の層間絶縁膜１４には、接続孔１５に連通する配線溝１６が設けられている。そして、接続孔１５および配線溝１６には、接続孔１５および配線溝１６の内壁を覆う状態で設けられたバリア層１７を介して、Ｃｕからなるビア１８および配線１９がそれぞれ設けられている。ここで、バリア層１７は、Ｃｕの拡散防止性を有するとともにＣｕとの密着性に優れたタンタルで形成されている。
【０００７】
また、上述したようなＣｕ配線構造を有する半導体装置において、バリア層を積層させた例も報告されている（例えば、特許文献１参照）。この例では、基板上に絶縁膜を介してＣｕからなる配線層が形成されており、配線層を覆うように形成されたルテニウム、オスミウム、イリジウム、もしくはロジウムからなるバリア膜を備えている。そして、絶縁膜とバリア膜との間にタンタル、チタン、もしくは窒化チタンからなる分離膜を備えている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２２９０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、図２（ｂ）に示すように、第１の層間絶縁膜１３および第２の層間絶縁膜１４に、ＭＳＱ、またはＨＳＱからなる低誘電率膜を用いた場合は、膜密度が粗であることから、膜中に含まれる水分や酸素が脱ガスされ易い。このため、プロセス中、または、その後の信頼性試験等の際に、矢印Ａで示すように低誘電率膜自身からの脱ガス、低誘電率膜を通過する脱ガス、プロセスによって生じたダメージ層や改質層からの脱ガスが生じる傾向があった。これにより、接続孔１５および配線溝１６の内壁を覆うバリア層１７が、この脱ガスに曝されることで、酸化されてしまうという問題が生じていた。
【００１０】
バリア層１７が酸化されると、バリア層１７に体積膨張が生じるため、バリア層１７が薄く成膜されている部分では、バリア層１７が破壊され易くなる。これにより、接続孔１５および配線溝１６にバリア層１７を介して設けられたＣｕからなるビア１８および配線１９が、バリア層１７の破壊された部分の界面から酸化される傾向があった。
【００１１】
さらに、図２（ｃ）に示すように、バリア層１７が酸化されることにより、バリア層１７とＣｕからなるビア１８および配線１９との密着性が低下するため、Ｃｕ元素が動きやすくなり、マイグレーションが生じてボイドＶが形成され易い。このため、配線の信頼性を著しく低下させてしまうという問題が生じていた。
【００１２】
また、バリア層１７がタンタルで形成されている場合には、酸化されることにより導電性が低下するため、配線抵抗が高くなる傾向があった。これにより、背景技術で説明した、基板上に絶縁膜を介して形成された配線層を覆うように形成されたバリア膜と、絶縁膜とバリア膜との間に設けられた分離膜とを備えた半導体装置であっても、絶縁膜に上述したような低誘電率膜を用いた場合には、絶縁膜に接して設けられたタンタル、チタン、窒化チタンからなる分離膜が酸化されて導電性が低下する。したがって、配線抵抗が高くなるという問題を生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１の半導体装置は、基板上の絶縁膜に設けられた溝パターンと、溝パターンの内壁を覆う状態で設けられた第１のバリア層と、第１のバリア層上に設けられた第２のバリア層と、溝パターンの内部に第１のバリア層と第２のバリア層とを介して設けられた導電層とを備えた半導体装置である。そして、第１のバリア層は金属で形成されており、第１のバリア層の酸化物が第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有することを特徴としている。
【００１４】
このような構成の第１の半導体装置によれば、絶縁膜がＭＳＱやＨＳＱ等の膜密度の粗な低誘電率膜で形成されている場合に、低誘電率膜から水分や酸素等の脱ガスが生じても、溝パターンの内壁を覆う第１のバリア層がストッパー層として機能するため、第１のバリア層上に設けられた第２のバリア層の酸化は抑制される。
【００１５】
これにより、第２のバリア層の酸化による体積膨張が抑制されるため、第２のバリア層が破壊されることがなく、第２のバリア層を介して溝パターンの内部に設けられた導電層の酸化も抑制される。また、第２のバリア層の酸化が抑制されることで、導電層がＣｕを含む材料からなる場合のバリア層と導電層との密着性の低下が抑制される。
【００１６】
さらに、第１のバリア層の酸化物は第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有している。このため、低誘電率膜からの脱ガスにより、溝パターンの内壁を覆う第１のバリア層が酸化されても、第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有することから、第２のバリア層の形成材料が溝パターンの内壁を覆う場合と比較して、配線抵抗の増大が抑制される。
【００１７】
また、本発明の第２の半導体装置は、基板上の絶縁膜に設けられた溝パターンと、溝パターンの内壁を覆う状態で設けられた第１のバリア層と、第１のバリア層上に設けられた第２のバリア層と、溝パターンの内部に第１のバリア層と第２のバリア層とを介して設けられた導電層とを備えた半導体装置である。そして、第１のバリア層は、第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有する金属酸化物で形成されていることを特徴としている。
【００１８】
このような構成の第２の半導体装置によれば、絶縁膜が膜密度の粗な低誘電率膜で形成されている場合に、低誘電率膜からの脱ガスが生じても、溝パターンの内壁を覆う第１のバリア層がストッパー層として機能するため、第１のバリア層上に設けられた第２のバリア層の酸化が抑制される。これにより、第２のバリア層の酸化による体積膨張が抑制されるため、第２のバリア層が破壊されることがなく、第２のバリア層を介して設けられた導電層の酸化も抑制される。また、第２のバリア層の酸化が抑制されることで、導電層がＣｕを含む材料からなる場合のバリア層と導電層との密着性の低下が抑制される。
【００１９】
また、第１のバリア層は、第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有する金属酸化物で形成されている。これにより、第１のバリア層が金属の完全酸化物で形成されている場合には、第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有する。また、第１のバリア層が完全酸化物ではない金属酸化物で形成されている場合には、低誘電率膜からの脱ガスにより、溝パターンの内壁を覆う第１のバリア層がさらに酸化されたとしても、第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有する。したがって、第２のバリア層の形成材料が溝パターンの内壁を覆う場合と比較して、配線抵抗の増大が抑制される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の半導体装置および第２の半導体装置によれば、基板上の絶縁膜に設けられた溝パターンの内部に、溝パターンの内壁を覆う状態で形成された第１のバリア層と、第１のバリア層上に設けられた第２のバリア層とを介して導電層が設けられている。このため、絶縁膜が膜密度の粗な低誘電率膜で形成されている場合に、低誘電率膜からの脱ガスが生じても、溝パターンの内壁を覆う第１のバリア層がストッパー層として機能することから、第１のバリア層を介して設けられた第２のバリア層の酸化が抑制される。
【００２１】
これにより、第２のバリア層の酸化による体積膨張が抑制されるため、第２のバリア層が破壊されることがなく、第２のバリア層を介して設けられた導電層の酸化も抑制される。また、第２のバリア層の酸化が抑制されることで、導電層がＣｕを含む材料からなる場合の導電層との密着性の低下が抑制される。このため、Ｃｕ元素が動き易くなることによるボイドの発生が防止され、配線信頼性を向上させることができる。
【００２２】
さらに、第１の半導体装置では、第１のバリア層が金属で形成されており、第１のバリア層の酸化物が第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有している。また、第２の半導体装置では、第１のバリア層は第２のバリア層の酸化物よりも高い導電性を有する金属酸化物で形成されている。これにより、第２のバリア層の構成材料が溝パターンの内壁を覆う場合と比較して、配線抵抗の増大が抑制される。
【００２３】
したがって、配線信頼性を向上させることができるとともに、配線抵抗の増大が抑制されることから、高性能なＣＭＯＳデバイスが実現可能であり、コンピュータ、ゲーム機、携帯用端末等の性能を著しく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
本発明の半導体装置に係わる実施の形態の一例を、図１の断面図によって説明する。なお、背景技術で説明したものと同様の構成には同一の番号を付して説明する。
【００２６】
図１に示すように、半導体素子およびＣｕ配線等が形成された基板１１上に、Ｃｕ配線（図示省略）の上面を覆うように、例えば窒化シリコンまたは炭化シリコンからなるキャップ膜１２が形成されている。このキャップ膜１２は、Ｃｕの拡散を防止するとともに、キャップ膜１２上の第１の層間絶縁膜１３に接続孔１５を形成する際のエッチングストッパー膜としても用いられる。
【００２７】
そして、キャップ膜１２上には、層間容量膜となる第１の層間絶縁膜１３が形成されており、第１の層間絶縁膜１３上には、線間容量膜となる第２の層間絶縁膜１４が形成されている。この第１の層間絶縁膜１３と第２の層間絶縁膜１４には、配線間容量を低減させるために、酸化シリコンよりも誘電率の低い、膜密度の粗な低誘電率膜を用いることとする。
【００２８】
ここでは、背景技術で説明したものと同様に、第１の層間絶縁膜１３は例えばＭＳＱからなる低誘電率膜で形成されており、第２の層間絶縁膜１４は例えばＨＳＱからなる低誘電率膜で形成されていることとする。なお、ここでは、第１の層間絶縁膜１３と第２の層間絶縁膜１４とが異なる材質の低誘電率膜で形成されることとするが、本発明はこれに限定されず、第１の層間絶縁膜１３と第２の層間絶縁膜１４とが同一の材質からなる低誘電率膜で形成されていてもよい。
【００２９】
また、キャップ膜１２および第１の層間絶縁膜１３には基板１１に達する接続孔１５が設けられており、第２の層間絶縁膜１４には接続孔１５に連通する配線溝１６が設けられている。そして、接続孔１５および配線溝１６の内壁を覆う状態で、第１のバリア層２１が設けられており、第１のバリア層２１上に第２のバリア層２２が設けられている。また、接続孔１５および配線溝１６には、第１のバリア層２１と第２のバリア層２２とを介して、例えばＣｕからなるビア１８および配線１９がそれぞれ設けられている。
【００３０】
そして、本発明の第１の半導体装置では、第１のバリア層２１が金属で形成されており、第１のバリア層２１の酸化物は第２のバリア層２２の酸化物よりも高い導電性を有している。
【００３１】
このような第１のバリア層２１の形成材料としては、例えばルテニウム、オスミウム、イリジウム、ロジウム、およびレニウムからなる群より選ばれた少なくとも一種がある。これらは単一で用いられてもよく、二種以上が積層された状態で用いられてもよい。ここでは、例えばルテニウムにより第１のバリア層２１が形成されていることとする。ここで、上述した各金属の電気抵抗率と各金属の酸化物の電気抵抗率を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に示すように、上述した金属の酸化物の電気抵抗率はその金属の電気抵抗率に対して顕著に高くなることがなく、これらの金属酸化物が導電性を有することが認められた。このような材料で接続孔１５および配線溝１６を覆う第１のバリア層２１が形成されることにより、低誘電率膜からなる第１の層間絶縁膜１３および第２の層間絶縁膜１４からの脱ガスに曝されることで第１のバリア層２１が酸化されても、導電性が維持される。
【００３４】
また、第１のバリア層２１上に設けられた第２のバリア層２２は、接続孔１５および配線溝１６の内部に設けられる導電層、すなわちビア１８および配線１９に接して設けられる。このため、第２のバリア層２２は導電層の形成材料の拡散防止性に優れるとともに、その形成材料との密着性に優れた材料であることが好ましい。ここでは、ビア１８および配線１９が例えばＣｕで形成されていることから、第２のバリア層２２はＣｕの拡散防止性に優れるとともに、Ｃｕの密着性に優れた材料で形成されることとする。
【００３５】
このような第２のバリア層２２の形成材料としては、従来からＣｕ配線のバリア層として用いられてきた、タンタル、窒化タンタル、チタンおよび窒化チタンからなる群より選ばれた少なくとも一種が挙げられる。これらは単一で用いられてもよく、二種以上が積層された状態で用いられてもよい。ここでは、第２のバリア層２２が例えばタンタルにより形成されることとする。
【００３６】
ここで、上述した第２のバリア層２２の形成材料は、酸化されることで電気抵抗率が高くなるため、導電性が低下し、特にタンタルおよびチタンは完全に酸化されることで絶縁体となる。このような材料で形成される第２のバリア層２２に対して、上述したように、第１のバリア層２１は酸化しても導電性を有する材料で形成されている。これにより、第１のバリア層２１の酸化物が第２のバリア層２２の酸化物よりも高い導電性を有するように形成される。
【００３７】
このような構成の半導体装置は、例えば、デュアルダマシン法等の溝配線法により製造される。まず、基板１１に形成されたＣｕ配線（図示省略）の上面を覆うように、基板１１上にキャップ膜１２を形成する。次に、例えば塗布法によりキャップ膜１２上に、ＭＳＱ系材料からなる第１の層間絶縁膜１３を成膜する。続いて、例えば塗布法により、第１の層間絶縁膜１３上に、ＨＳＱからなる第２の層間絶縁膜１４を成膜する。なお、ここでの層間絶縁膜の成膜方法は、塗布法に限らず、用いる層間絶縁膜の種類により適宜選択されるものとする。
【００３８】
次に、通常のフォトリソグラフィー技術とレジストパターンをマスクに用いた反応性エッチング技術により、第２の層間絶縁膜１４、第１の層間絶縁膜１３およびキャップ膜１２を除去することで、基板１１に形成されたＣｕ配線に達する接続孔１５を形成した後、第２の層間絶縁膜１４を除去して接続孔１５に連通する配線溝１６を形成する。なお、本実施形態では、接続孔１５を形成した後、配線溝１６を形成することとしたが、どちらを先に形成しても構わない。また、ここではレジストマスクプロセスにより接続孔１５および配線溝１６を形成することとしたが、多層マスクプロセスにより接続孔１５および配線溝１６を形成してもよい。
【００３９】
次いで、接続孔１５および配線溝１６の内壁を覆うように、第２の層間絶縁膜１４上に、例えばスパッタリング法により、ルテニウムからなる第１のバリア層２１を成膜する。その後、例えばスパッタリング法により、第１のバリア層２１上にタンタルからなる第２のバリア層２２を成膜する。
【００４０】
次に、例えばメッキ法により、第２のバリア層２２が形成された接続孔１５および配線溝１６を埋め込むように、第２のバリア層２２上にＣｕからなる導電層を成膜する。その後、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing(ＣＭＰ)）法により、第２の層間絶縁膜１４の表面が露出するまで、導電層、第２のバリア層２２および第１のバリア層２１を研磨して除去することで、接続孔１５および配線溝１６にＣｕからなるビア１８および配線１９をそれぞれ形成する。
【００４１】
その後は、上述したプロセスを繰り返すことにより、多層配線構造を形成する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の半導体装置によれば、基板１１上のキャップ膜１２および第１の層間絶縁膜１３に設けられた接続孔１５および、第２の層間絶縁膜１４に設けられた配線溝１６の内壁を覆う状態で第１のバリア層２１が形成されている。そして、第１のバリア層２１上に設けられた第２のバリア層２２を介して、接続孔１５および配線溝１６にはＣｕからなるビア１８および配線１９がそれぞれ設けられている。
【００４３】
ここで、第１の層間絶縁膜１３と第２の層間絶縁膜１４は、膜密度の粗な低誘電率膜で形成されていることにより、低誘電率膜からの脱ガスが生じても、接続孔１５と配線溝１６の内壁を覆う第１のバリア層２１がストッパー層として働くことで、第１のバリア層２１上に設けられた第２のバリア層２２の酸化が抑制される。
【００４４】
これにより、第２のバリア層２２の酸化による体積膨張が抑制されるため、第２のバリア層２２が破壊されることがなく、第２のバリア層２２を介して設けられたＣｕからなるビア１８および配線１９の破壊された部分からの酸化が抑制される。また、第２のバリア層２２の酸化が抑制されることで、第２のバリア層２２とＣｕからなるビア１８および配線１９との密着性の低下が抑制される。このため、Ｃｕ元素が動き易くなりマイグレーションが生じることによるボイドの発生が防止される。したがって、配線信頼性を向上させることができる。
【００４５】
さらに、第１のバリア層２１の酸化物が第２のバリア層２２の酸化物よりも高い導電性を有している。これにより、接続孔１５および配線溝１６の内壁を覆う第１のバリア層２１が第１の層間絶縁膜１３および第２の層間絶縁膜１４からの脱ガスに曝されることで酸化されても、第２のバリア層２２の酸化物よりも高い導電性を有することから、第２のバリア層２２の形成材料が接続孔１５および配線溝１６の内壁を覆う場合と比較して、配線抵抗の増大が抑制される。
【００４６】
したがって、配線信頼性を向上させることができるとともに、配線抵抗の増大が抑制されることから、高性能なＣＭＯＳデバイスが実現可能であり、コンピュータ、ゲーム機、携帯用端末等の性能を著しく向上させることができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、ビア１８および配線１９がＣｕからなる例について説明したが、Ｃｕを含む材料で形成されていれば、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、第１の層間絶縁膜１３がＭＳＱからなる低誘電率膜で形成されており、第２の層間絶縁膜１４がＨＳＱからなる低誘電率膜で形成されている例について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、他の低誘電率膜でも適用可能であり、例えば有機系の低誘電率膜であってもよい。また、低誘電率膜と酸化シリコン膜との積層構造であってもよい。
【００４９】
ただし、第１の層間絶縁膜１３および第２の層間絶縁膜１４が、膜密度の粗な低誘電率膜で形成されている場合には、層間絶縁膜中に含まれた水分や酸素が脱ガスされ易い。このため、接続孔１５および配線溝１６の内壁を覆う第１のバリア層２１を低誘電率膜からの脱ガスのストッパー層として機能させることで、第１のバリア層２１を介して設けられた第２のバリア層２２の酸化を抑制する、という本発明の効果を顕著に奏することができる。このような膜密度の粗な低誘電率膜としては、本実施形態で用いたＭＳＱ、ＨＳＱの他に、ＳｉＯＣ系材料、ＳｉＯＦ系材料、またこれら低誘電率膜の多孔質膜、さらには酸化シリコンの多孔質膜がある。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の半導体装置における実施の形態の一例について図１を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の番号を付して説明する。
【００５１】
本実施形態の半導体装置では、第１のバリア層２１が、第２のバリア層２２の構成材料の酸化物よりも高い導電性を有する金属酸化物で形成されており、それ以外の部分は第１実施形態と同様の構成であることとする。
【００５２】
このような第１のバリア層２１の形成材料としては、ルテニウム、オスミウム、イリジウム、ロジウムおよびレニウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属の酸化物がある。なお、ここでの酸化物とは金属の完全酸化物に限るものではなく、酸化の程度は特に限定されるものではない。また、上述した金属を二種以上含有する合金の酸化物であってもよい。
【００５３】
第１のバリア層２１が上述した金属の完全酸化物で形成されている場合には、低誘電率膜からなる第１の層間絶縁膜１３または第２の層間絶縁膜１４からの脱ガスに曝されても、第１のバリア層２１の更なる酸化は防止される。このため、第１のバリア層２１の酸化による体積膨張がなく、第１のバリア層２１の酸化による破壊が防止される。
【００５４】
また、第１のバリア層２１が上述した金属の完全酸化物ではない場合には、第１のバリア層２１が低誘電率膜からの脱ガスにより、さらに酸化されたとしても、上述した金属の完全酸化物の電気抵抗率は、第１実施形態で表１に示したように、元の金属と比較して顕著に高くなることがないことから、導電性が維持される。
【００５５】
また、第１のバリア層２１を形成する金属酸化物は上述した例に限らず、特開平１０−２４２４０９号公報にて報告された、誘電体キャパシタの拡散防止層または下部電極に用いられる材料で形成されていてもよい。この材料は、合金材料の酸化物であって、組成式ＭIaＭIIbＯcで表され、その組成範囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+c=100である材料とする。ここで、a、b、cは原子％で表した組成、ＭIは白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムおよびパラジウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の貴金属、ＭIIはハフニウム、タンタル、ジリコン、ニオブ、バナジウム、モリブテンおよびタングステンからなる群より選ばれた少なくとも一種の遷移金属を表すこととする。
【００５６】
ここで、ＭIはこの化合物の母材であり、酸化されても導電性を有する材料である。これに対し、ＭIIはその完全酸化物が絶縁体となる材料で構成されている。ここで、ＭIには上述した貴金属のほかに、オスミウム、レニウムが含まれていてもよく、ＭIIには上述した遷移金属の他にチタンが含まれていてもよい。この材料は、耐酸化性に優れているため、第１のバリア層２１がこの材料で形成されることにより、低誘電率膜からの脱ガスに対して、第１のバリア層２１がストッパー層として機能するだけでなく、第１のバリア層２１自体の酸化が抑制され、導電性が維持される。
【００５７】
さらに、第１のバリア層２１は、特開平１０−３０３３７７号公報にて報告された、誘電体キャパシタの拡散防止層または下部電極に用いられる材料で形成されていてもよい。この材料は、合金材料の酸化物であって、組成式Ｐｄa(Ｒｈ100-x-y-zＰｔxＩｒyＲｕz)bＯc（ただし、a、b、c、x、y、zは原子％で表した組成）で表され、その組成範囲が70≧a≧20、40≧b≧10、60≧c≧15、a+b+c=100、100＞x≧0、100＞y≧0、100＞z≧0、100＞x+y+z≧0であってもよい。この材料は、耐酸化性に優れているため、第１のバリア層２１がこの材料で形成されることにより、低誘電率膜からの脱ガスに対して、第１のバリア層２１がストッパー層として機能するだけでなく、第１のバリア層２１自体の酸化が抑制され、導電性が維持される。
【００５８】
上述したような第１のバリア層２１に対して、第２のバリア層２２は第１実施形態で説明したように、酸化されることで導電性が低下する、タンタル、窒化タンタル、チタンおよび窒化チタンからなる群より選ばれた少なくとも一種で形成されることとする。これにより、第１のバリア層２１が、第２のバリア層２２の構成材料の酸化物よりも高い導電性を有して形成される。
【００５９】
このような構成の第２の半導体装置であっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
なお、第１実施形態では、第１のバリア層２１がルテニウム、ロジウム、イリジウム、オスミウムおよびレニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属で形成されている例について説明し、第２実施形態では、第１のバリア層２１が、上述した金属の少なくとも一種の酸化物で形成されている例について説明したが、本発明の半導体装置における第１のバリア層２１は、上述した金属と金属酸化物との積層構造であってもよい。このように、第１のバリア層２１が積層状態で形成されることにより、第２のバリア層２２の酸化がより確実に抑制される。
【００６１】
この場合には、接続孔１５および配線溝１６の内壁を覆う第１のバリア層２１において、金属と金属酸化物のどちらが層間絶縁膜と接する側に配置されてもよい。ただし、金属酸化物の層が層間絶縁膜と接する状態で設けられた方が、低誘電率膜からの脱ガスに曝されても、酸化による体積膨張が金属と比較して抑制されるため、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の半導体装置に係る第１実施形態を説明するための断面図である。
【図２】背景技術における課題を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１…基板、１３…第１の層間絶縁膜、１４…第２の層間絶縁膜、１５…接続孔、１６…配線溝、１８…ビア、１９…配線、２１…第１のバリア層、２２…第２のバリア層
【図１】
2005129745.tif 000004
【図２】
2005129745.tif 000005